孫海峰

煉焦耗熱量是指1Kg 爐煤在焦?fàn)t中煉成焦炭所需供給焦?fàn)t的熱量。煉焦耗熱量的計(jì)算有助于評(píng)定爐體結(jié)構(gòu)、焦?fàn)t熱工操作和管理水平以及確定煉焦消耗定額的重要指標(biāo)，是確定加熱用煤氣量的依據(jù)。煉焦生產(chǎn)會(huì)消耗大量能量，其中煉焦每個(gè)工藝流程所消耗的熱量占焦化生產(chǎn)所消耗能量的百分之八十左右。我們可將規(guī)定數(shù)量?jī)?nèi)的礦產(chǎn)資源煉成焦炭所需要供給焦?fàn)t的熱量視為煉焦耗熱量。為了方便計(jì)算，可將煉焦耗熱量進(jìn)行換算，更利于焦?fàn)t熱工效率。焦?fàn)t加熱熱量由焦炭熱量、荒煤氣熱量、廢氣熱量和爐體散熱幾部分組要。這幾部分消耗的熱量是否合理，直接影響煉焦耗熱量。

1 煉焦耗熱量影響因素分析

1.1 焦炭攜帶熱量

1.1.1 焦炭溫度——焦餅中心溫度

在保證焦炭成熟的前提下，焦炭攜帶的熱量越低越好。而衡量焦炭成熟溫度的熱工指標(biāo)是焦餅中心溫度。在生產(chǎn)中，焦餅中心一般控制在1000±50℃，低于950℃，焦炭沒(méi)有完全成熟；高于1050℃焦炭可能過(guò)火。從理論上講，在保證焦餅成熟的前提下，焦餅中心溫度越低，焦炭攜帶的熱量越少，煉焦耗熱量越低；反之，焦餅中心溫度越高，煉焦耗熱量越高。焦餅中心溫度與耗熱量的關(guān)系見(jiàn)表1。

表1 焦餅中心溫度與耗熱量的關(guān)系（單位：℃）

從表中可看出，在炭化室裝煤經(jīng)過(guò)16h 時(shí)，焦餅中心溫度已超過(guò)950℃，焦餅已成熟，但由于焦炭收縮不充分，內(nèi)應(yīng)力較大，為了改善焦炭質(zhì)量，推焦順利，都需要焦炭在炭化室繼續(xù)停留一段時(shí)間。但停留時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)，焦餅中心溫度過(guò)高，則焦炭帶走的熱量多，由表1 可以明顯的看出耗熱量隨著焦餅溫度的升高呈上升趨勢(shì)。根據(jù)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)焦餅中心溫度超過(guò)一千攝氏度時(shí)，溫度升高五十?dāng)z氏度，耗熱量增加明顯。

1.1.2 單孔炭化室焦炭產(chǎn)量

單孔炭化室焦炭產(chǎn)量由單孔裝煤量決定，單孔裝煤量不足，也會(huì)引起煉焦耗熱量增加。

1.2 荒煤氣攜帶熱量

1.2.1 爐頂空間溫度

荒煤氣帶走的熱量也是焦?fàn)t耗熱量的一部分。在集氣管壓力控制滿足技術(shù)要求、炭化室裝煤量一定時(shí)，炭化室導(dǎo)出荒煤氣的溫度每降低10℃，煉焦耗熱量約降低12.6KJ/kg ～16.7KJ/kg 左右，因此，降低炭化室爐頂空間溫度對(duì)降低耗熱量是很有必要的。

爐頂空間溫度通常是指2/3 結(jié)焦時(shí)間炭化室頂部空間煤氣溫度，一般控制在800±30℃。其值越低，所需供熱量越少，煉焦耗熱量越低；反之煉焦耗熱量越高。

1.2.2 裝爐煤水分

荒煤氣中的水分主要是煉焦煤攜帶的水分。煉焦煤裝入炭化室煉焦，開(kāi)始階段是煉焦煤的干燥、脫水階段。水分含量越大，煉焦煤干燥時(shí)間越長(zhǎng)，消耗熱量越多。煉焦煤水分與耗熱量的關(guān)系如圖1。

圖1 煉焦煤水分與耗熱量的關(guān)系

權(quán)威數(shù)據(jù)表明，通常水分每增加1%，結(jié)焦時(shí)間延長(zhǎng)10min ～15min。含水量為8%左右時(shí)，配煤水分變化1%，濕煤耗熱量相應(yīng)變化約29.3KJ/kg ～33.5KJ/kg，結(jié)焦時(shí)間延長(zhǎng)或縮短20min 左右。而在實(shí)際中往往大于此值。

1.3 廢氣攜帶熱量

1.3.1 空氣過(guò)剩系數(shù)

空氣過(guò)剩系數(shù)（α 值）是反映煤氣和空氣在焦?fàn)t燃燒室內(nèi)是否完全燃燒的一個(gè)重要指標(biāo)，一般控制在1.15 ～1.35?？諝膺^(guò)剩系數(shù)過(guò)大，燃燒空氣量大，廢氣量增多，帶走的熱量增加；空氣過(guò)剩系數(shù)過(guò)小，煤氣燃燒不完全，增加煤氣耗量，影響耗熱量，也是對(duì)煤氣資源造成浪費(fèi)。

1.3.2 蓄熱室狀況

蓄熱室主要是回收從燃燒室導(dǎo)出的高溫廢氣的熱量。蓄熱室內(nèi)回收熱量用格子磚，格子磚被堵塞或格子磚倒塌，會(huì)造成格子磚熱量回收減少，溫度降低，出蓄熱室廢氣溫度升高，帶走的熱量增加；同時(shí)空氣（高爐煤氣）在蓄熱室預(yù)熱時(shí)，預(yù)熱溫度也偏低，需要增加煤氣量，保證燃燒室溫度符合要求，造成煉焦耗熱量增加。

1.4 爐體狀態(tài)

焦?fàn)t表面熱量散失，一般占總熱量的10%以上，在爐體表面散熱中，爐頂?shù)孛嫔?、裝煤孔、看火孔、上升管、爐門(mén)等部位散熱較大。

另外，蓄熱室封墻、隔墻不嚴(yán)，也會(huì)造成煤氣的損失，增加煉焦耗熱量。

2 降低煉焦耗熱量的措施

2.1 適當(dāng)降低標(biāo)準(zhǔn)溫度

不同焦?fàn)t周轉(zhuǎn)時(shí)間機(jī)焦側(cè)標(biāo)準(zhǔn)溫度是不同的，標(biāo)準(zhǔn)溫度設(shè)定是否合理可通過(guò)測(cè)焦餅中心溫度來(lái)檢驗(yàn)。在保證焦炭質(zhì)量的前提下，調(diào)整機(jī)焦側(cè)標(biāo)準(zhǔn)溫度，維持焦餅中心溫度在較低值，是降低耗熱量的主要措施，通過(guò)測(cè)量對(duì)比，標(biāo)準(zhǔn)溫度降低5℃，焦餅中心溫度可降低約8℃。

根據(jù)計(jì)算焦?fàn)t熱量消耗過(guò)程可以發(fā)現(xiàn)紅焦消耗的熱量占總熱量的百分之四十。能量消耗數(shù)量與焦餅中心受熱程度存在必然聯(lián)系。從實(shí)踐結(jié)果來(lái)看，焦餅中心溫度達(dá)到一千度時(shí)，可再進(jìn)行小幅度溫度提升。煤的煉焦消耗能量可增加0.12MJ/kg ～0.16MJ/kg。所以，分析6#焦?fàn)t運(yùn)行情況，確保推焦順利的前提下，也可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整焦餅中心溫度，達(dá)到少量消耗煉焦熱量的目的。

標(biāo)準(zhǔn)溫度會(huì)直接影響焦餅中心溫度。此次研究過(guò)程中涉及的焦餅中心溫度可由紅外測(cè)溫儀器測(cè)量的焦餅表面溫度代替。測(cè)量煉焦溫度要求測(cè)量工作人員站在上風(fēng)向，焦柵出口是使用紅外測(cè)溫儀測(cè)量的最佳位置，更利于數(shù)據(jù)全面采集。測(cè)量位置與焦柵之間的距離控制在100mm，測(cè)點(diǎn)高度分別為600mm 和2700mm。進(jìn)行測(cè)量時(shí)要確保2 次連續(xù)測(cè)量炭化室的焦餅表面溫度，得到測(cè)量平均值，再用所得到的平均值減去20℃，該溫度為可靠焦餅中心溫度。經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)溫發(fā)現(xiàn)，焦餅中心溫度大致維持在1000℃左右，煉焦?fàn)顩r良好并且沒(méi)有出現(xiàn)異常推焦的狀況。

圖2 不同月份入爐煤平均水分的變化趨勢(shì)

圖3 不同月份每日入爐煤水分變化的比較

焦?fàn)t溫度調(diào)試工作人員可在每周測(cè)量2 次空氣過(guò)剩系數(shù)，同時(shí)對(duì)收集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，保證燃?xì)?、空氣之間搭配比例科學(xué)。重點(diǎn)對(duì)爐體進(jìn)行維護(hù)，確保爐體在運(yùn)行時(shí)是嚴(yán)密的。著重對(duì)爐門(mén)框、蓄熱室封墻、保護(hù)板對(duì)接縫、焦?fàn)t爐頂區(qū)域、單叉、烘爐孔保持嚴(yán)密，焦?fàn)t爐體維持一個(gè)良好的運(yùn)行狀態(tài)，避免爐體出現(xiàn)竄漏。

2.2 穩(wěn)定裝水分、裝煤量

隨著環(huán)保管理標(biāo)準(zhǔn)的提高，煉焦煤露天存放不再允許，為此，宣鋼焦化廠對(duì)煤場(chǎng)采取了大棚封閉，既有效減少了煉焦煤露天存放帶來(lái)的環(huán)境污染，也減少了下雨、下雪對(duì)煉焦煤水分的影響。煤場(chǎng)加大棚后，煉焦配合煤水分總體有所降低，基本維持在10%～11%，穩(wěn)定了煉焦熱工管理，降低了耗熱量。

嚴(yán)格按技術(shù)要求做好裝、平煤量操作，裝煤量少于0.5t，必須進(jìn)行二次補(bǔ)裝。

2.3 合理降低爐頂空間溫度

爐頂空間溫度除取決于焦?fàn)t加熱水平、高向加熱均勻程度外，還受裝煤量的影響。實(shí)踐表明，焦?fàn)t滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)，爐頂空間溫度保持在800℃，焦炭能夠成熟，焦線保持在1900mm ～2000mm。為適當(dāng)降低爐頂空間溫度，要求單孔裝煤量穩(wěn)定在28.8±0.3t。加大裝煤量的檢查和焦線測(cè)量力度，確保每孔裝煤量合格，降低爐頂空間溫度，可減少爐頂石墨生成，減少荒煤氣帶出的熱量，降低煉焦耗熱量。

炭化室爐頂空間溫度，一方面取決于確定的標(biāo)準(zhǔn)溫度，另一方面取決于裝煤量是否合理，是否平透、裝實(shí)。適當(dāng)減小煤線，提高裝煤量，可以降低爐頂空間溫度，表2 是煤線降低20mm 前后爐頂空間溫度變化情況。

表2 煤線降低20mm 前后爐頂空間溫度對(duì)照表

另外，炭化室爐頂荒煤氣溫度與集氣管壓力也有一定關(guān)系，集氣管壓力高，荒煤氣不易導(dǎo)出，爐頂空間溫度就偏高，否則，爐頂空間溫度就偏低，所以要根據(jù)情況、按規(guī)定及時(shí)測(cè)量吸氣管正對(duì)炭化室結(jié)焦末期底部壓力，保證炭化室底部壓力≥5Pa，根據(jù)炭化室底部壓力測(cè)量結(jié)果及時(shí)調(diào)整集氣管壓力，集氣管壓力調(diào)整后，進(jìn)一步測(cè)量、調(diào)整爐頂空間溫度，控制煉焦耗熱量。

2.4 控制α 值在合理的范圍內(nèi)

一般焦?fàn)t使用焦?fàn)t煤氣加熱時(shí)，α 值控制在1.15 ～1.35；使用高爐煤氣加熱時(shí)α 值控制在1.15 ～1.25 為宜（立火道廢氣）。

為了實(shí)時(shí)監(jiān)控空氣過(guò)剩系數(shù)情況，在分煙道安裝廢氣含氧量檢測(cè)儀替代人工廢氣分析，及時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)廢氣含氧進(jìn)行監(jiān)控，將焦?fàn)t機(jī)側(cè)煙道含氧量控制在3%～5%之間，焦側(cè)分煙道含氧量控制在4%～7%之間，減少空氣過(guò)量或不足對(duì)煉焦耗熱量的影響。

2.5 加強(qiáng)蓄熱室管理

加強(qiáng)蓄熱室換熱效果的檢查，對(duì)換熱效果差的蓄熱室及時(shí)檢查，對(duì)格子磚進(jìn)行清掃，對(duì)倒塌的格子磚重新碼放。

2.6 加強(qiáng)爐體維護(hù)，減少爐體散熱

焦?fàn)t表面散熱量占焦?fàn)t加熱量的9%～11%，隨著爐體狀況惡化，散熱量占比也會(huì)增加。焦?fàn)t爐體的好壞對(duì)煉焦耗熱量及熱效率的高低有直接影響，如炭化室墻面漏氣率增加，荒煤氣大量竄入到燃燒室內(nèi)，造成煤氣燃燒不充分，煙囪冒黑煙。迫于環(huán)保壓力，只能通過(guò)從立火道看火孔進(jìn)行放煙處理，不僅造成荒煤氣、化產(chǎn)品回收量減少，也會(huì)帶來(lái)大量熱量損失，增加煉焦耗熱量。蓄熱室竄漏率的增加導(dǎo)致煤氣用量增加，影響煉焦耗熱量

根據(jù)爐體狀況制定切合實(shí)際的維護(hù)和修理措施。對(duì)蓄熱室封墻、廢氣盤(pán)等使用海泡石保溫材料保溫；定期對(duì)焦?fàn)t進(jìn)行灌漿處理；將爐門(mén)襯磚由傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)砌筑磚槽改為整體磚槽砌塊，減少了爐門(mén)磚維護(hù)工作量，爐門(mén)表面溫度也降低了50℃～60℃，有效降低了爐門(mén)散熱。

2.7 優(yōu)化煤氣加熱制度

加熱煤氣燃燒制度是否合理，對(duì)煉焦耗熱量的影響較大。影響燃燒制度的主要指標(biāo)是合適的空氣過(guò)剩系數(shù)，并保持均勻穩(wěn)定，最大程度上避免廢氣中物理和化學(xué)熱的損失。

若空氣過(guò)剩系數(shù)過(guò)低，廢氣中如果含有1%的CO，按高爐煤氣熱值3.95MJ/m3、α=1.25 計(jì)算，相當(dāng)于5.8%高爐煤氣的熱量未被利用。當(dāng)空氣過(guò)剩系數(shù)過(guò)大時(shí)，廢氣中的氧含量改變1%，則因廢氣體積增加，相當(dāng)于1%高爐煤氣的熱量損失。在總體供熱穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)每個(gè)燃燒室進(jìn)入的煤氣量和空氣量進(jìn)行調(diào)節(jié)，使各個(gè)燃燒室獲得的熱量相同，保證各個(gè)燃燒室溫度均勻，可穩(wěn)定并適當(dāng)降低α 值。高爐煤氣控制與壓力、孔板、流量有關(guān)，空氣量控制與看火孔壓力、分煙道吸力、風(fēng)門(mén)開(kāi)度有關(guān)。其相互之間又存在如下關(guān)系：

式中：V 為加熱煤氣流量，m3/h；P 為煙道吸力，Pa；H 為進(jìn)風(fēng)門(mén)開(kāi)度，mm；A 為看火孔壓力，Pa。根據(jù)焦?fàn)t生產(chǎn)實(shí)際工藝技術(shù)規(guī)程要求，通過(guò)上述回歸方程驗(yàn)證，最終將α 值穩(wěn)定在1.20 左右。

3 結(jié)論

降低煉焦耗熱量是焦?fàn)t生產(chǎn)的一項(xiàng)重要工作，是焦?fàn)t管理水平的體現(xiàn)。通過(guò)采取這些措施，焦?fàn)t的耗熱量降低約20kJ/kg，效果明顯。